Deskripsi sembilan kinerja produk utama bahan silikon nitrida

Sembilan fitur produk utama bahan silikon nitrida

1. Komposisi dan struktur

Rumus molekul silikon nitrida adalah Si ₃ N ₄ , yang merupakan senyawa ikatan kovalen. Keramik silikon nitrida adalah bahan polikristalin, dan struktur kristalnya termasuk dalam sistem heksagonal. Umumnya dibagi menjadi dua orientasi kristal, α dan β, keduanya tersusun dari [SiN ₄ ] ⁴ -segi empat. β-Si ₃ N ₄ memiliki simetri tinggi dan volume molar kecil. Ini adalah fase yang stabil secara termodinamika pada suhu relatif, sedangkan α-Si ₃ N ₄ relatif mudah dibentuk secara dinamis. Pada suhu tinggi (1400℃～1800℃), fasa α akan mengalami perubahan fasa menjadi tipe β. Perubahan fase ini tidak dapat diubah, sehingga fase α kondusif untuk sintering.

2. Penampilan

Silikon nitrida yang diperoleh dari fase kristal berbeda memiliki penampakan berbeda. α-Si ₃ N ₄ adalah wol longgar berwarna putih atau putih keabu-abuan atau seperti jarum, dan β-"Si ₃ N ₄ berwarna lebih gelap dan tampak sebagai polihedron granular padat atau prisma pendek. Kumis keramik silikon nitrida berwarna transparan atau tembus cahaya, dan penampakannya berwarna abu-abu, biru abu-abu hingga abu-abu kehitaman, yang bervariasi menurut kepadatan dan rasio relatif, dan juga menghadirkan warna lain karena bahan tambahan. Permukaan keramik silikon nitrida memiliki kilau logam setelah dipoles.

3. Kepadatan dan berat jenis

Kepadatan teoritis silikon nitrida adalah 3100±10kg/m ³ . Berat jenis sebenarnya yang diukur dari α-Si ₃ N ₄ adalah 3184kg/m ³ , dan berat jenis sebenarnya dari β-Si ₃ N ₄ adalah 3187kg/m ³ . Kepadatan curah keramik silikon nitrida sangat bervariasi tergantung pada prosesnya, umumnya lebih dari 80% kepadatan teoritis, berkisar antara 2200 hingga 3200kg/m ³ . Alasan utama perbedaan kepadatan adalah porositas. Porositas silikon nitrida sinter reaksi umumnya sekitar 20%, dan kepadatannya 2200 hingga 2600kg/m ³ , sedangkan porositas silikon nitrida pengepresan panas di bawah 5%, dan kepadatannya 3000 hingga 3200kg/m ³ .Dibandingkan dengan bahan lain dengan kegunaan serupa, kepadatannya tidak hanya lebih rendah daripada semua paduan suhu tinggi tetapi juga salah satu kepadatan rendah di antara keramik struktural suhu tinggi.

4. Isolasi listrik

Keramik silikon nitrida dapat digunakan sebagai bahan isolasi suhu tinggi, dan indikator kinerjanya terutama bergantung pada metode sintesis dan kemurnian. Silikon bebas nitrida dalam bahan, serta pengotor seperti logam alkali, logam alkali tanah, besi, titanium, nikel, dll. yang dimasukkan selama proses persiapan, akan menurunkan sifat listrik keramik silikon nitrida. Secara umum, resistansi spesifik keramik silikon nitrida dalam media kering pada suhu kamar adalah 1015~1016 ohm, dan konstanta dielektriknya adalah 9,4~9,5. Pada temperatur tinggi, keramik silikon nitrida masih mempertahankan nilai resistivitas yang relatif tinggi. Dengan perbaikan kondisi proses, silikon nitrida dapat masuk dalam jajaran dielektrik yang umum digunakan.

V. Sifat termal

Koefisien muai panas silikon nitrida sinter rendah, yaitu 2,53×10-6/℃, dan konduktivitas termal 18,42W/m·K. Ia memiliki ketahanan guncangan termal yang baik, nomor dua setelah kaca kuarsa dan mikrokristalin. Menurut laporan eksperimental, sampel silikon nitrida sinter reaksi dengan kepadatan 2500kg/m ³ telah didinginkan dari 1200℃ hingga 20℃, dan tidak retak setelah ribuan siklus termal. Keramik silikon nitrida memiliki stabilitas termal yang baik dan dapat digunakan dalam waktu lama pada suhu tinggi. Suhu penggunaan di atmosfer pengoksidasi bisa mencapai 1400 ℃, dan suhu penggunaan di atmosfer netral atau pereduksi bisa mencapai 1850℃.

VI. Sifat mekanik

Silikon nitrida memiliki kekuatan mekanik yang tinggi. Kekuatan lentur produk pengepresan panas umum adalah 500~700MPa, dan kekuatan tinggi dapat mencapai 1000~1200MPa; kekuatan lentur setelah sintering reaksi adalah 200MPa, dan kekuatan tinggi dapat mencapai 300~400MPa. Meskipun kekuatan produk sinter reaksi pada suhu kamar tidak tinggi, kekuatannya tidak berkurang pada suhu tinggi 1200~1350℃. Silikon nitrida memiliki mulur suhu tinggi yang rendah. Misalnya, beban silikon nitrida sinter reaksi pada 1200 ℃ adalah 24MPa, dan deformasinya adalah 0,5% setelah 1000 jam.

VII. Koefisien gesekan dan pelumasan sendiri

Koefisien gesekan keramik silikon nitrida kecil, dan peningkatan koefisien gesekan juga kecil pada suhu tinggi dan kondisi kecepatan tinggi, yang dapat memastikan pengoperasian mekanisme normal. Ini adalah keunggulan utama keramik silikon nitrida. Ketika keramik silikon nitrida mulai aus, koefisien gesekan geser mencapai 1,0 hingga 1,5. Setelah penggilingan presisi, koefisien gesekan sangat berkurang dan tetap di bawah 0,5. Oleh karena itu, keramik silikon nitrida dianggap memiliki sifat melumasi sendiri. Berbeda dengan grafit, boron nitrida, dan bedak, alasan utama pelumasan mandiri ini terletak pada struktur berlapis dari struktur material. Di bawah tekanan, permukaan gesekan sedikit terurai membentuk lapisan udara tipis, yang mengurangi hambatan geser antara permukaan gesekan dan meningkatkan kehalusan permukaan gesekan. Dengan cara ini, semakin besar gesekannya, semakin kecil hambatannya, dan keausannya pun semakin kecil. Setelah gesekan terus menerus, material cenderung secara bertahap meningkatkan koefisien gesekannya karena keausan permukaan atau pelunakan akibat kenaikan suhu.

VIII. kemampuan mesin

Keramik silikon nitrida dapat dikerjakan dengan mesin sesuai bentuk, presisi, dan permukaan akhir yang diinginkan.

IX. Stabilitas kimia

Silikon nitrida memiliki sifat kimia yang baik dan dapat menahan korosi dari semua asam anorganik kecuali asam fluorida dan larutan natrium hidroksida kurang dari 25%. Suhu ketahanan oksidasinya bisa mencapai 1400℃, dan suhu penggunaannya di atmosfer pereduksi bisa mencapai 1870℃. Tidak basah pada logam (terutama cairan aluminium) dan terlebih lagi pada non-logam.

Dari sifat fisik dan kimia keramik silikon nitrida di atas, terlihat bahwa kinerja keramik silikon nitrida yang baik memiliki nilai aplikasi khusus untuk lingkungan kerja bersuhu tinggi, kecepatan tinggi, dan media korosif kuat yang sering dijumpai dalam teknologi modern. Keunggulannya yang luar biasa adalah:

Ini memiliki poin-poin berikut:

(1) Kekuatan mekanik tinggi dan kekerasan mendekati korundum. Kekuatan lentur silikon nitrida pengepresan panas pada suhu ruangan dapat mencapai 780-980MPa, bahkan ada yang lebih tinggi dari baja paduan, dan kekuatannya dapat dipertahankan hingga 1200℃ tanpa degradasi.

(2) Pelumasan mandiri mekanis, koefisien gesekan permukaan rendah, ketahanan aus, modulus elastisitas tinggi, dan ketahanan suhu tinggi.

(3) Koefisien ekspansi termal rendah, konduktivitas termal tinggi, dan ketahanan guncangan termal yang baik.

(4) Kepadatan rendah dan berat jenis rendah.

(5) Ketahanan korosi dan ketahanan oksidasi.

(6) Isolasi listrik yang baik.